中國粉體網(wǎng)訊 近年來隨著電子產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，高功率化已經(jīng)成為現(xiàn)代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)變革的必然趨勢，電子封裝熱管理的重要性也日益凸顯。封裝材料的應(yīng)用需要考慮兩大基本性能要求，一是高的熱導(dǎo)率，以實(shí)現(xiàn)熱量的快速傳遞，保證芯片可以在理想的溫度條件下穩(wěn)定工作；二是可調(diào)控的熱膨脹系數(shù)，從而與芯片和各級封裝材料保持匹配，降低熱應(yīng)力的不良影響。金剛石/金屬復(fù)合材料因其優(yōu)異的熱物理性能，在封裝領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用潛力。
金剛石/銅復(fù)合材料具有高導(dǎo)熱性、低密度、低熱膨脹系數(shù)等優(yōu)異特性。然而金剛石與銅的界面親和性差，存在較高的界面熱阻，改善金剛石/銅界面親和性、提高其熱導(dǎo)率通常從燒結(jié)方法和金剛石與銅的界面調(diào)控兩方面入手。金剛石/銅復(fù)合材料制備方法主要包括高溫高壓法、真空熱壓燒結(jié)法、熔體浸滲法、放電等離子燒結(jié)法等，制備工藝方法各有利弊。界面調(diào)控可以通過基體合金化、金剛石表面金屬化和界面形態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計來實(shí)現(xiàn)。
此前，哈爾濱工業(yè)大學(xué)朱嘉琦、曹文鑫團(tuán)隊提出的高溫層壓工藝可實(shí)現(xiàn)極高的尺寸精度，與傳統(tǒng)熱壓工藝相比，該工藝操作更簡便且制造成本更低，可解決表面光潔度差、尺寸精度低及性能問題。主要是采用鎢涂層金剛石和銅片作為原料，將鎢涂層金剛石置于銅片上，分層后進(jìn)行熱壓。該工藝?yán)勉~金屬在高溫下具有高塑性和低流動應(yīng)力的特性，使銅填充金剛石顆粒間的孔隙并使板材致密化。
高溫層壓金剛石/銅復(fù)合板的流程圖
通過高溫層壓工藝制備的金剛石/銅復(fù)合材料的熱導(dǎo)率可達(dá)630.3W/m•K。與傳統(tǒng)熱壓工藝相比，高溫層壓工藝制備的復(fù)合材料具有更高的平整度和精度。此外，復(fù)合板的彎曲強(qiáng)度高達(dá)283.7MPa。值得注意的是，經(jīng)過100次熱沖擊循環(huán)后，復(fù)合板的熱導(dǎo)率僅下降1%。涂層中的金剛石和鎢碳化物形成高度穩(wěn)定的半共生相界。
2025年11月5日，中國粉體網(wǎng)將在河南•鄭州舉辦“2025半導(dǎo)體行業(yè)用金剛石材料技術(shù)大會”。屆時，我們邀請到哈工大鄭州研究院曹文鑫研究員出席本次大會并作題為《電子封裝用高導(dǎo)熱金剛石/金屬復(fù)合材料制備技術(shù)及組織演變研究》的報告。報告將圍繞高導(dǎo)熱金剛石/金屬復(fù)合材料，闡述金剛石鎢鍍層制備、結(jié)構(gòu)機(jī)制及創(chuàng)新性高溫層壓工藝，為高熱導(dǎo)率復(fù)合材料開發(fā)提供理論與技術(shù)支撐。
專家簡介
曹文鑫，博士畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)，美國密歇根大學(xué)聯(lián)培，博士后導(dǎo)師韓杰才教授，現(xiàn)哈工大鄭州研究院研究員，哈工大鄭州研究院紅外薄膜與晶體研究所副所長，河南省超硬復(fù)合材料及制品工程技術(shù)研究中心主任。長期從事先進(jìn)電子封裝材料研究。主持國家自然科學(xué)基金、省重點(diǎn)研發(fā)計劃、博士特別資助、國防軍工類項(xiàng)目等縱向/橫向項(xiàng)目30余項(xiàng)，累計發(fā)表論文70余篇，受理授權(quán)國家/國防專利50余項(xiàng)。對高導(dǎo)熱金剛石復(fù)合材料領(lǐng)域技術(shù)前沿與發(fā)展趨勢有深刻見解。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/石語）
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